结构软件SAP2000学习实例

1、实用标准文案、问题描述已知结构为一栋七层框架结构。结构尺寸如下图所示，混凝土强度等级为：15层采用C40; 6、7层采用C3Q恒载按实际梁、板、柱实际重量计算，不考 虑装饰荷载，活荷载按2KN/m四虑，不考虑风荷载。对 日Centro波（ 1942, NS分量，峰值341.7cm/s2）进行调整，满足七级的地震的加速度幅值。求结构 在小震和罕遇地震作用下的时程反应性能 （包括层位移、层间位移、层间位移角、 基底剪力及结构的出钱情况和破坏机制）。O O 9().© . 6r eooo :i；600D三O m一士O mO.="§O8国小0精彩文档七层框架结构图的2口在

2、支座为2D触废梁配筋图柱配筋图(HPB235ir部换成 HPB300、模型建立2.1 建立初步模型打开sap2000,把系统单位设置为IWm工 二J 创建新模型，选择三维 框架，在对应空格如下填写模型基本数据：勾选（使用定制轴网间距和原点定位），编辑轴网，按题目模型要求设置, 并指定底层节点约束为周端。0|C5YS1|N. fC山format只轴璃载排快速开始娃力轴网好商里标 L网闹V轴线效指z轴网a相r整瓶全部触网蛀L粘髭至懒网蛙油圈尺寸 |1.£5正设为默认豌色I酝被排一|局部:里衍不原点定 |取消|2.2 定义材料选择定义一材料一快速添加材料，添力口 C3。C40混凝土和HRB

3、335HPB300钢筋，由于方法类似，这里只给出 HRB33搁片：2.3 框架截面的定义、指定、剖分这里的截面包括不同尺寸，不同配筋，不同混凝土强度，不同位置的各种 截面。根据一到五层的混凝土强度等级不同，边梁和主梁的楼板加强作用不同， 主梁和次梁的截面尺寸不同，总共可以划分为以下八种不同截面：(1) 一到五层的中间主梁(B-300X500-D-C)(2)六到七层的中间主梁(B-300X500-G-C)(3) 一到五层的中间次梁(B-300X450-D-C)(4)六到七层的中间次梁(B-300X450-G-C)(5) 一到五层的边次梁(B-300X450-D-S)(6)六到七层的边次梁(B-3

4、00X450-G-S)(7) 一到五层的柱子(C-D)(8)六到七层的柱子(C-G)例如：选择定义一截面属性一框架属性添加新属性concrete »矩形：把截面名称改为B-300X500-D-C:Rci-rtri r 11 nr 与flHcfs选择属性修正，把中梁的绕 3轴惯性矩修正为2:舱罪层 性/观 黄1妾江弄敞选择配筋混凝土，给梁配上钢筋：同样的方法设置好柱的截面和配筋:钢筋材科根前+ |【HH日3非箍筋阿口* IHRB335迫i+类型E #主PH3M3Si十）L梁把1M获讨配筋构迨/矩理L回意躯防雨瑶而置糠能法保护后沿商向里边领筋数 沿南向单边纵就数躯的尺寸抽筋虢筋尺寸箍筋觎

5、向间距劝1时越助政南向笳陆数检查腰计行配质用于检查配能用于谡讨眠时声梆孔广趣而书聊泄定义好框架截面属性后把各个截面类型指定给其对应的构件，并指定自动剖分。2.4楼板的定义、绘制、剖分由于楼板的跨度相对比较大，板厚为 120mm剪切作用不是很明显，这里选用薄壳模型。选择定义一截面属性一面截面一shell :浪濯f_±_iSi晟叶国触岫改也E示竞斗殳计参数网JK餐正语雨喳正. .混棍土壳奏方*数点击快速绘制面单元按钮 口 I出现如下图框，选择正确的截面画在对应的楼层:越面FLOOR-D三维视图中全部选中，编辑一编辑面一分割面一基于面周边上点分割面:三维视图中全部选中，指定一面一自动面网格

6、剖分一按数目剖分:2.5 指定节点束缚、线单元插入点三维视图中全部选中，指定一节点一束缚一Diaphragm添加新束缚:对已有模型构件指定插入点，实现了构件的 偏心，构件的几何位置并不改变，模型中的节点 位置并没有改变，而力的传递作用位置发生了变 化。SAP2000默认的插入点的偏移值为零，而 且结构的方位基准点在楼层高程处， 故为了保证梁的表面与楼层高程平齐， 框架 梁的控制点要改为8 Top Center选择一属性一框架截面，选中所有梁截面: 指定一框架一插入点：得到模型如下:2.6 指定线对象的刚域刚域系数表示指定了端部偏移的刚域部分，在弯曲和剪切变形时刚域程度。在刚域系数一栏可输入0到

7、1之间的一个系数，表示刚域的刚性程度从完全柔性 到完全刚性。完全柔性表示刚域的弯曲和剪切刚度由线性单元的实际刚度确定；完全刚性即刚域内部没有弯曲和剪切变形。这里取为0.7。三维图中全部选中，指定一框架一端部长度偏移：2.7 定义荷载模式这里定义两种荷载模式DEAB口 LIVE。自重系数表示软件将自动计算结构中 所有构件的的自重，将自重乘以这个自重系数施加在结构上。定义一荷载模式：2.8 对结构施加荷载填充墙厚度200mm加气混凝土填充墙重度取7.5KN/m3,主梁上高度2.5m, 次梁上高度2.55m。计算主梁下的填充墙的线荷载:qi =7.5 0.2 2.5 =3.75KN /m计算次梁下的

8、填充墙的线荷载:q2 77.5 0.2 2.55 =3.825KN / m依次选择次梁和主梁，指定一框架荷载一分布:惟莱分布行蓑选择板，指定一面荷载一均布：活荷载 2KN/M指定荷载后框架图形2.9 定义质量源为了满足抗震规范重力荷载代表值的相关要求，这里选用“来自荷载”这 一项。按抗震规范的5.1.3条规定，自重，附加包载的系数为1.0,活荷载的系 数取为0.5.定义一质量源一来自荷载:2.10 定义时程分析函数定义一函数一时程一From File »添加新函数:Time History苗戮考史2.11 定义荷载工况在已知期望的荷载水平，且结构可以承受此荷载时，应该采用力控制。即在

9、自重，填充墙包载和活载的工况中均选择力控制。为了反映实际情况，活荷载比例系数选为0.5。定义一荷载工况一添加新荷载工况，输入名称LIVE:模态分析:计算出的第一振型周期为 0.91208s,第二振型周期为0.88211s噩 Deformed Shape (MODAL) - Mode S - Period O.8B211定义一荷载工况一添加新荷载工况，输入名称Combine：（此工况可以用来计算各构件的轴力设计值，以确定塑性较轴力参数振型分解法分析小震，参数设置如下:Retponf；* SactTumn Chi门2002 Function。门£碗。后反应谱参数设置荷军工猊名挪 pano

10、iwigpuCQCWPGE 箱两值怕加 GMCNAC 1CK 口口 ubl GumiMolet修改，31示GMC fl pGM匚 FZ |0P&nadx： 4 Rigid T用公 | 号口£S便您再教工兄使用雄才真态工况诃耳的嗯态| MODAL71 FUNDI-界示高僦商教学靴其它说地标柴瓯尼FUNC1施加的同林荷藜类S!I加速唐潦力口四i I慵曲LM1 |例除皿fConstant 七七 0.05期满时程分析采用的数值积分方法是 Hiber-Hughes-Taylor法，结构阻尼采用瑞丽阻尼，整体阻尼矩阵是由质量矩阵和刚度矩阵按比例组合构造而成的。瑞利阻 尼 C = a M

11、+ B K其中C是阻尼矩阵，M是质量矩阵，K是刚度矩阵。参数Alpha系数：设置与质量成比例的系数 a。Beta 系数：设定与刚度成比例的系数 0。在SAP200欲件里a与B可通过2构第一自振周期 T1和第二自振周期T2计 算算而来，如图所小：根据8度地震要求修改大震的比例系数为 400/341.7=1.1706 ,单位为M故 比例系数填为0.0117。最后得到的所有荷载工况如下:DEADLinea竽曲cMODALModalLfVELines Static1前加他口 uResponse SpectrumNonirear Direct IntegrationACASE1Nonlinear Sta

12、ticcombriBLineal Stahc荷载工况类型荷载工况荷载工况名称点击.添加新荷载工况_添加荷载工况考贝显示荷载:L况吩有虹况树|般湿示荷载工衣. j删除荷载工况（三、有关校的相关计算3.1 梁钱计算因为地震荷载只在U1方向，所以只有主梁才有可能出钱，次梁不会出钱 根据梁的位置，截面大小，混凝土强度和配筋多少可以分为以下几种：(1)主梁，1-5层(2)主梁，6-7层混凝土的保护层厚度c=25mm,混凝土强度和钢筋强度都取为标准值，即：fvH =335 N/mm2, fc30 =23.4 N/mm2, fc40 = 26.8 N/mm2 ycc_ II 2 _ 30 2 _ 40_2E

13、； = 200000N / mm2, E30 = 30000N / mm2, E” = 32500N / mm23.1.1 计算不同情况下的屈服弯矩和极限弯矩(1)主梁，1-5层My =0.9 at 二y d=0.9 941 335 465 106 =131.926KNLmMu=at 二y (d-as)=941 335 (465-35) 10* =135.551KNm(2)主梁，6-7层My=0.9 at 二y d =0.9 941 335 465 106 =131.926KNLmMu=at 二y (d -as) =941 335 (465 -35) 106 =135.551KNLm3.1.2

14、 计算不同情况下的屈服曲率和极限曲率根据规范规定受均布荷载的梁剪跨比为：a/D =1.5。配筋率：2：t =941. 500 =0.006736另外：d / D =0.93卜面为曲率的计算表格(单位：KN m)分类nKoK2a yMyMu中y邛u主梁-D0.00674556.1538101563101.60.0682131.93135.550.0190530.054747主梁-G0.00674556.66679375093.750.0731131.93135.550.0192540.0579233.2 柱钱的计算3.2.1 轴力计算根据柱的位置不同，可以分为以下几种：(1) A-1柱，这里称为

15、a柱(2) A-2柱，这里称为b柱(3) B-1柱，这里称为c柱(4) B-2柱，这里称为d柱运行combine工况，计算各个柱子的轴力如下：(单位：KN层数a柱b柱c柱d柱加权平均11435.202181.331565.792505.081898.8321230.551863.711418.352134.781623.1231028.361552.671183.261772.261352.664824.031242.64946.281414.881082.225618.89932.82708.321059.65811.1666411.91622.34471.70706.15540.52720

16、4.67314.17232.75353.84270.12加权系数1/31/31/61/6为了计算简便，对柱子的轴力归一化处理，用每层柱轴力的加权平均值作为 该层的代表值来计算较属性。每层有 a柱4根，b柱4根，c柱2根，d柱2根, 得到各自的加权系数分别为1/3、1/3、1/6、1/6。3.2.2 计算柱的屈服弯矩和极限弯矩，屈服曲率和极限曲率(1) 1 层My=0.8at =y D 0.5ND=(0.8 1140 335 500 0.5 1898.83) 10J =610.54KN_mMu =at二y(D-as-as)0.5ND = 1140 335 (460 -40) 0.5 1898.8

17、31106=617.27KNm(2) 2 层My=0.8at ;y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 1810.28) 10上=542.32KNmMu =at 二y (D -as - as) 0.5ND - 1140 335 (460 -40) 0.5 1810.281 10J = 548.97KNLm(3) 3 层My =0.8at 二y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 1488.59) 10* = 476.91KNmMu =at 二y (D -as-as) 0.5ND = 1140 335 (460 -40) 0.5 1488.59

18、1 10- = 483.55KN_m (4) 4 层My=0.8at ;y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 1166.92) 106=412.49KNmMu -at 二y (D -as-as) 0.5ND =11140 335 (460-40) 0.5 1166.921 10-419.13KNL_m (5) 5 层My =0.8at ;y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 845.23) 10上=349.07KNLmMu =at 二y (D -as - as) 0.5ND - 1140 335 (460 -40) 0.5 845.231

19、 10 = 356.71KNm (6) 6 层My=0.8at ;y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 523.56) 10'=292.65KNl_mMu =a 二y (D - as - as) 0.5ND = 1140 335 (460 -40) 0.5 523.56I10' = 300.29KNLm (7) 7 层My=0.8at 二y D 0.5ND =(0.8 1140 335 500 0.5 201.88) 10 =260.23KN|_mMu =at 二y (D - as - as) 0.5ND - 1140 335 (460 -40) 0

20、.5 201.881 10' = 260.87KNLm 屈服曲率和极限曲率根据规范当其反弯点在层高范围内时，可取为H/(2h 0),故可以得到底层柱的剪跨比为3,以上各层为2.72.配筋率都为0.004957。各层柱子对应的屈服弯矩和极限弯矩对应的屈服曲率和极限曲率如下表：(单位：KN项层数Nna/DKoK2a yM yMuy中u12135.496.153831692711690.1324610.63 617.270.0272460.06653621810.286.15382.71741692711690.11987542.33 548.970.0267280.06601831488.

21、606.15382.71741692711690.1085476.91 483.550.0259670.06525741166.926.15382.71741692711690.09713412.49 419.130.0250890.0643795845.236.15382.71741692711690.08575349.07 356.710.0240490.0692566523.566.66672.71741562501560.08408292.65 300.290.0222760.071257201.886.66672.71741562501560.06891260.23 260.870.

22、0241690.0682713.2.3 计算屈服面上的特殊点为了定义屈服面，这里还需要计算屈服面上的特征点。对于柱的轴心受拉，只考虑钢筋的抗拉作用：N =AsfyII =3040 335 = 1018.4KN轴心受压考虑钢筋混凝土共同作用，一到五层：N =-(Ac -As)fc40-Asx fyII = -(250000-3040)x26.8-3040x335 = -7636.93KN六到七层：N = -(Ac -As)fc30 -Asx fyII = -(250000-3040/20.1-3040x335 = -5982.30KN计算大小偏心临界处的轴力和弯矩。有混凝土设计规范6.2.7条，

23、计算可得界限受压区高度=0.674 0根据轴力平衡可得轴力N =-a1fCbh0 露=一1.0父 26.8 父500 M460 M 0.674 = Y154.5KN (一到五层)N =-«#小儿 8b = 1.0父20.1父500 M460 M0.674 = 3115.9KN (六到七层)对应的弯矩分别为1191.39KNm和931.74KN- m,通过前面combine工况计算的最大的轴压力为2505KN远远小于大小偏心 界限处的轴压力，在整个运动过程中也没有出现受拉的情况，即不会出现大偏心受拉和小偏心受拉。说明柱子在整个地震波的作用下，一直处于大偏心状态。那么上边计算的弯矩曲率关

24、系是适用的。而对于小偏心受压，大偏心受拉，小偏心 受拉并不是我们要关心的，故无需定义在这三种情况下的弯矩曲率关系。 如下图 分别为1-5层，6-7层柱的屈服面的定义:3.2.4柱的弯矩曲率关系的定义以及梁的弯矩曲率定义定义一截面属性一校属性一添加新属性一混凝土一P-M2-M3钱:穹吸总散揖对 C l - Int-wting P-M2M3SSEttfcJJi'!&7 .' C-2 - Interacting P-M2- M3里位选择曲笠轴向力 1623.12. 角窿oTJ 曲威#1 * I卜 PointMomentZ/ield MamCurvature/SFA0.aB1.

25、0C1.D1H1.7D0.2147| E0.22.4547选择曲览的弯矩注军数加注息:屈服点药矩由1联面定义宴制的线油据拈屿用注般执当前曲姓曲舞Foice nl. Angle 三维视图 平面 囱5接受淮划蟹性费形，EH包按使用IkI 一生命史全(印T五 BiitftmiCPifn?r在当前曲建上式手功能点孔径靠071F±1T1 力63D I CC MC3 I MC2轴向力 (iGSd?r院箍骨干残 n显乖罟在准通 r显示究品级*恒亮当前也就当短曲率信息对祢条件|Ciwlar批力值勃里|i角度数量|由法总融1角度是弯场0度-频M2轴90度一攒正M3油1配度=烧质材2轴初度-3M3轴格定

26、I胞消 |定义一截面属性一校属性一添加新属性一混凝土一M3钱:点B代表屈服，在上升到点B之前，较内没有变形，无论对点B指定何种变 形值都应将点B的位移（转动）从点G D和E的变形中减去。只有超过点B的 塑性变形将被较显现。所以点C的Curvature/SF对应的值应是 即u -*y）/*y ,而/不是u / y ,最后得到右边共9种钱。3.3 向模型中添加梁钱和柱较选择一组一GROUP 1指定一框架一较一C-1:.imaHjj日二即口空B学BJH7户:彳阳H2(X-n考虑到节点刚域的长度以及塑性较本身的长度，所以相对距离取0.1和0.9, 指定完所有较后得到的模型图为:心心八，/1“匚-八耳：

27、辞g伸鼾”滞日*5.第1号帽tB理IWfB田崎 5哂弊也(B-溺: &时& 产 HZIXT*I20H JfC-45日7的呜晚 »LJ?H2(C-5>产miJJH2CC-6>报1HJ询-翎hMtiEFBHt函超厘京？ 贝-司田SrWHMW部HQjm H .3&- 33000-01“川 f"b>.13翁1"&-能甫疏阵0留即 硕XriH3iieX5断311於率f 用冏期乎通H工，*#H2%一仆4 尹HWiHT、JEH 1壮看>.12州163眦5»1”政J7H2(C-3>MHimaiHifc-n卜B

28、-3m涮一 D.挈UMimaexs窜1 .助b .ym曲w 瑜-空二一节阴0 J3+MH2(C-3>坨H2"-3,J7U lfC-3 I |bF.IW8M L 匕.郎奥EgJbbH JE二3gMaWWH3fi命 5国例期5。中0 J7HZEL 力产通m一21LJ(CF '%-33的士曲Ml,f坦在一"J副 1(02，.l27Hr日7睇515iJ2fC-J>jdiW-nS7HJ(C-n78HJ(C-J>db匚匕.邙g力仲 «¥ 取电-刘魅田-季幽 BMHMW瑜 59 年!iHZ y-上野 5MHmM J(5rl2(T-njsi型心

29、n4分析运行及结果查看4.1 振型分解法分析小震结果反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用， 然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作 用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。本次三维框架模型的加载方向沿B轴线方向加载即本模型的U2方向。4.1.1 变形图三维框架模型的在小震时的地震作用整体变形和B轴线方向方向的变形分别如图所示：振型分解法的变形图，如下ch4i&4.

30、1.2 内力图卜面给出B轴所在轴线的一根j框架的内力图（轴力图、剪力图以及弯矩图）0轴力N图梁剪力图柱弯矩图梁弯矩图4.2 八度(0.2g)震的运行结果4.2.1 层位移由于假设了刚性隔板，每层的各点位移是一致。故这里分别取节点3440的 位移代表每层的位移，这里给出 34点的位移时程曲线，其它点值给出最大值和 最小值，如下：(单位：mm圉 r确定B轴线框架，层位移最大值和最小值jointOutputCa£eCaseTypeStepTvpeuf1U2TextT extTextTextmmmm34time-fMonDirHist :Max.00062615.9182434timedNo

31、nDirHist 1Min-.003110116,43490435timerNonDirHistMaw,000787135 08173835time-rHonDirHistMh-,0Q4074|34.7188083E |time 4NonDirHistMax,000675153,580562一豆 itime-rL_NonDiHistMin|-,0045611-50.92265437time-rNonDkHistMax,0OOB17|68,55545837time 4NonDrHislMin*0048263 67234138timeiMonDirHistMax.000522：79,2683223

32、8time-fHonDirHistMin-.005015-72.68801639time-rNonDirHistMbk00Q552|85.53291639time 4NonDirHistMin-,00547T|f r BbJoJ I b40time-rNonDirHistMax.0004848838920240time-rNonDirHistMin-.0060979495824.2.2 层间位移通过广义位移（定义B轴框架34-41节点）查看，如下表：（单位：mmGenD i&pl T extDi«plTvpe T extOutputCa«e T extCaseTyp

33、e T extStepTvpe T extT ranslation mmGDISP1I lanslationtilTl 已 7NonDirHi&tMax15 91324GD1SP1T ranslationtime-rNonDirHistMinIS. 434904GDISP2Translationtime”NonDirHislMax1H4579B1GDISP2Trandaiontime-rNonDirHistMin4%204665GDI'汨NTrandationtirne-fNonDirHidMaxia?ii74SGD1SP3T ranslationtime-rNonDirHidMin-17.257324GDISP4T ranslationtim 已 7NonDirHistMax15.96532GDISP4T ranslationtime-rNonDirHisth4in14.70807